Mi sto allenando per correre la Maratona di Barcellona. Per migliorare il mio allenamento, ho acquistato un braccialetto per monitorare la mia frequenza cardiaca in ogni momento. L'altro giorno, girando il mio braccialetto, ho notato che c'era una luce verde sul lato che tocca il mio polso: non potendo essere una decorazione, ho cercato un po’ su internet e ho scoperto che il dispositivo wearable ottiene le informazioni sulle mie pulsazioni misurando i fotoni verdi che interagiscono con la mia pelle.

Ho amato il cinema fin da piccola, ma ho deciso che gli avrei dedicato la mia vita quando ho visto il mio primo film in 3D. Poter vedere la profondità delle scene sullo schermo mi è sembrato qualcosa di magico. Tuttavia, come spesso accade al cinema, si tratta solo di un effetto speciale! Gli occhiali con lenti polarizzate che consegnano all'ingresso selezionano diversi tipi di fotoni che provengono dai proiettori, facendo arrivare ai nostri occhi due immagini leggermente diverse che il nostro cervello unisce creando la sensazione di tridimensionalità.

Vivendo in un paesino di montagna con pochi negozi, di solito compro tutto ciò di cui ho bisogno online. Tuttavia, ci sono molte persone in paese, compresa mia nonna, che preferiscono passare più di un'ora in macchina fino alla città più vicina piuttosto che lasciare i propri dati su Internet, perché hanno paura degli attacchi informatici.

Sebbene questo sia un grave pericolo, non sono preoccupata, perché ho letto che ci sono anche molte persone che stanno studiando nuovi modi per migliorare la sicurezza delle nostre comunicazioni, e sembra che le tecniche più promettenti abbiano a che fare con le proprietà esotiche della fisica quantistica!

Sapevi che i fotoni possono penetrare per pochi centimetri all'interno del nostro corpo? All’ICFO e a Hemophotonics (una spin-off dell’ICFO nata nel 2013) utilizziamo questa proprietà per ottenere informazioni in tempo reale su ciò che sta accadendo sotto la nostra pelle (concentrazione di ossigeno e flusso sanguigno) in modo non invasivo.

Questo può aiutare i medici a rilevare e monitorare le malattie neurologiche, nonché a migliorare la diagnosi di alcune patologie, come il cancro alla tiroide. Questa tecnologia ha anche applicazioni nei campi delle neuroscienze, oncologia, anestesiologia, diabete e medicina dello sport.

(Foto: sensore non invasivo per la diagnosi precoce di patologie neurologiche nei neonati prematuri)

Il grafene è il primo materiale 2D ad essere stato fabbricato al mondo. Nonostante abbia uno spessore di un solo atomo, il grafene è stabile e sorprendentemente forte. Le sue proprietà fisiche ne fanno un ottimo conduttore di calore ed elettricità, oltre ad essere flessibile, estensibile e trasparente. Tutte queste caratteristiche fanno del grafene un materiale molto interessante per lo sviluppo di nuove tecnologie.

Le istituzioni sono consapevoli del potenziale di questo materiale e hanno creato la Graphene Flagship (a livello europeo) e GraphCAT (a livello locale) per accelerare la ricerca su questo materiale e portare i suoi benefici alla società. L’ICFO impiega alcuni dei maggiori esperti mondiali nel campo del grafene, partecipando a molti dei progetti di queste due reti.

(Foto: fotocamera a banda larga basata su grafene progettata da un gruppo dell’ICFO)

Mentre la qualità delle fotocamere migliora ogni giorno, c'è sempre un dettaglio in alcune foto che non possiamo distinguere perché non c'è abbastanza risoluzione. Questo problema è particolarmente importante per i biologi che vogliono studiare le strutture cellulari, poiché esiste un limite fisico alla risoluzione delle immagini che si possono ottenere.

All'ICFO abbiamo un laboratorio specializzato in immagini ad alta risoluzione e altre tecniche avanzate di microscopia che ci permettono di comprendere meglio il mondo microscopico e svelare i segreti della vita.

(Foto: microtubuli visualizzati con una tecnica di microscopia convenzionale - in alto - e una tecnica di super risoluzione - in basso.)

Siamo abituati a film o piattaforme musicali che ci suggeriscono cosa guardare o ascoltare in accordo con le nostre preferenze. Questo è possibile perché gli algoritmi possono imparare, se diamo loro una serie di esempi iniziali: è una branca dell'intelligenza artificiale chiamata machine learning.

Oltre a migliorare i servizi tecnologici, il machine learning è anche molto utile per chi cerca di risolvere problemi scientifici complessi. All’ICFO, utilizziamo l'intelligenza artificiale per trovare nuove strategie per risolvere complessi problemi di fisica quantistica, prevedere il movimento di singole particelle (molto importante per la biologia) o aumentare la velocità di calcolo (ottimizzazione) per alcuni algoritmi complessi che si applicano a significative attività quotidiane i problemi.

La scienza e la tecnologia sono migliorate e stanno migliorando la qualità della nostra vita. Tuttavia, ci sono ancora molti problemi urgenti e importanti che richiedono soluzioni immediate che la ricerca scientifica non può offrirci direttamente e rapidamente. Forse dovremmo concentrare i nostri sforzi sulla riduzione della disuguaglianza sociale, della disoccupazione, della fame e della povertà. Oppure la scienza e la tecnologia possono aiutare anche in questi ambiti?

A priori, il sapere non è negativo: è l'uso che ne fanno le persone che talvolta crea conseguenze negative. Sappiamo che i progressi scientifici negli ultimi anni hanno portato immensi benefici, ma anche nuovi modi di attaccare la sicurezza e la libertà delle persone.

È proprio necessario fare ricerca su qualsiasi argomento, pur sapendo che in alcuni casi un uso improprio può mettere in pericolo la società?

La pandemia scoppiata nel 2020 ci ha insegnato che la salute pubblica è un settore importante che interessa molti più aspetti della società. Un minuscolo virus può influenzare la vita di milioni di persone in tutti i suoi aspetti, non solo per quanto riguarda la salute, ma anche l’economia, la struttura industriale, il mercato del lavoro …

Ecco perché è importante concentrare la maggior parte dei nostri sforzi su progetti di ricerca che possono migliorare la salute delle persone.

Viviamo nell’era dell’informazione. Sempre più aziende e istituzioni raccolgono e analizzano grandi quantità di dati per migliorare processi industriali e servizi per la popolazione. Inoltre, le tecnologie digitali sono essenziali per comunicare tra di noi, sia per lavoro che per divertimento. Se i sistemi di informazione subiscono un cedimento, ciò ha ripercussioni anche sulle strutture strategiche come le reti energetiche, il controllo del traffico aereo, gli ospedali, i governi, ecc. Pertanto, garantire la sicurezza per un trasferimento di dati rapido e massiccio è di fondamentale importanza per una società digitalizzata come la nostra.

Ecco perché è importante concentrare la maggior parte dei nostri sforzi su progetti di ricerca che possono migliorare la raccolta, l’analisi, la trasmissione e la sicurezza dei dati.

Siamo nel mezzo di un’emergenza climatica: per risolverla abbiamo bisogno di nuove politiche ambientali e dell’impegno della società nel suo insieme. La scienza e la tecnologia possono accelerare il cambio di paradigma di cui abbiamo bisogno per salvare il pianeta con scoperte e strumenti innovativi. Se non facciamo nulla adesso, la Terra sarà inabitabile e insostenibile, ma siamo ancora in tempo.

Ecco perché è importante concentrare la maggior parte dei nostri sforzi su progetti di ricerca che possono aiutarci a prenderci cura del nostro pianeta.

La fotonica è ovunque e ha un impatto positivo su molti aspetti diversi della nostra vita. A volte, una stessa tecnologia (come il laser) può migliorare la salute, l’informazione e la cura dell’ambiente allo stesso tempo. Ci sono molti importanti problemi globali ed è difficile stabilire una priorità, soprattutto perché sono interconnessi.

Ecco perché è importante non concentrare i nostri sforzi su un unico campo di applicazione: è meglio diversificare i nostri sforzi per avere maggiori possibilità di successo.